TEDxCaltech
Angela Belcher: Using nature to grow batteries
Angela Belcher: gamtos naudojimas auginant baterijas
Filmed:
Readability: 4.7
971,791 views
Įkvėpta jūrinės ausinukės kriauklės, Angela Belcher užprogramuoja virusus gaminti elegantiškas nanoskalės dydžio struktūras, kurias galėtų panaudoti žmonės. Nukreiptosios evoliucijos metodu atrinkusi aukštos kokybės genus, ji sukūrė virusus, kurie gali sukonstruoti galingas, naujas baterijas, švarų vandenilio kurą ir rekordus viršijančius Saulės elementus.
Angela Belcher - Biological engineer
Angela Belcher looks to nature for inspiration on how to engineer viruses to create extraordinary new materials. Full bio
Angela Belcher looks to nature for inspiration on how to engineer viruses to create extraordinary new materials. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:15
I thought I would talk a little bit about how nature makes materials.
0
0
3000
Pamaniau, jog truputį pakalbėsiu apie tai, kaip gamta kuria medžiagas.
00:18
I brought along with me an abalone shell.
1
3000
2000
Su savimi atsinešiau jūrinės ausinukės kriauklę.
00:20
This abalone shell is a biocomposite material
2
5000
3000
Ši jūrinės ausinukės kriauklė yra sudaryta iš natūralių medžiagų,
00:23
that's 98 percent by mass calcium carbonate
3
8000
3000
98 masės % kalcio karbonato
00:26
and two percent by mass protein.
4
11000
2000
ir 2 masės % baltymų.
00:28
Yet, it's 3,000 times tougher
5
13000
2000
Vis dėlto ji 3,000 kartų tvirtesnė,
00:30
than its geological counterpart.
6
15000
2000
nei jos geologinė kolega.
00:32
And a lot of people might use structures like abalone shells,
7
17000
3000
Ir daugelis žmonių gali naudoti tokias struktūras kaip jūrinės ausinukės kriauklės,
00:35
like chalk.
8
20000
2000
kaip kreida.
00:37
I've been fascinated by how nature makes materials,
9
22000
2000
Aš buvau sužavėta to, kaip gamta kuria medžiagas
00:39
and there's a lot of sequence
10
24000
2000
ir tame, kaip ji atlieka tokį rafinuotą darbą,
00:41
to how they do such an exquisite job.
11
26000
2000
yra labai daug nuoseklumo.
00:43
Part of it is that these materials
12
28000
2000
Dalis to yra tai, kad šios medžiagos
00:45
are macroscopic in structure,
13
30000
2000
turi makroskopinę struktūrą,
00:47
but they're formed at the nanoscale.
14
32000
2000
tačiau formuojamos nanoskalės lygyje.
00:49
They're formed at the nanoscale,
15
34000
2000
Jos formuojamos nanoskalės lygyje
00:51
and they use proteins that are coded by the genetic level
16
36000
3000
ir naudoja baltymus, kurie koduojami genetiniame lygmenyje,
00:54
that allow them to build these really exquisite structures.
17
39000
3000
leidžiančiame jiems kurti šias tikrai rafinuotas struktūras.
00:57
So something I think is very fascinating
18
42000
2000
Taigi aš manau, kas galėtų būti labai žavinga
00:59
is what if you could give life
19
44000
3000
yra, jei mes galėtume duoti gyvybę
01:02
to non-living structures,
20
47000
2000
tokioms negyvoms struktūroms
01:04
like batteries and like solar cells?
21
49000
2000
kaip baterijos ir saulės elementai.
01:06
What if they had some of the same capabilities
22
51000
2000
Kas jei jie turėtų kažkiek tokių pat sugebėjimų,
01:08
that an abalone shell did,
23
53000
2000
kokių turėjo jūrinės ausinukės kriauklė,
01:10
in terms of being able
24
55000
2000
kalbant apie tokius sugebėjimus
01:12
to build really exquisite structures
25
57000
2000
kaip statyti tikrai rafinuotas struktūras
01:14
at room temperature and room pressure,
26
59000
2000
esant kambario temperatūrai, atmosferos slėgiui,
01:16
using non-toxic chemicals
27
61000
2000
nenaudojant jokių toksiškų chemikalų
01:18
and adding no toxic materials back into the environment?
28
63000
3000
ir neteršiant gamtos jokiomis toksiškomis medžiagomis?
01:21
So that's the vision that I've been thinking about.
29
66000
3000
Taigi tokia yra vizija, apie kurią galvojau.
01:24
And so what if you could grow a battery in a Petri dish?
30
69000
2000
Ir kas jei galėtume išauginti bateriją Petri lėkštelėje?
01:26
Or, what if you could give genetic information to a battery
31
71000
3000
Arba, kas jei galėtum perduoti baterijai genetinę informaciją,
01:29
so that it could actually become better
32
74000
2000
kad ji taptų geresnė
01:31
as a function of time,
33
76000
2000
laiko atžvilgiu,
01:33
and do so in an environmentally friendly way?
34
78000
2000
ir tai padaryti ekologiniu būdu?
01:35
And so, going back to this abalone shell,
35
80000
3000
Grįžtant prie jūrinės ausinukės
01:38
besides being nano-structured,
36
83000
2000
be to, kad ji yra nano struktūros,
01:40
one thing that's fascinating,
37
85000
2000
žavi tai,
01:42
is when a male and a female abalone get together,
38
87000
2000
kad kai jūrinių ausinukių patinas ir patelė susitinka,
01:44
they pass on the genetic information
39
89000
2000
jie perduoda genetinę informaciją,
01:46
that says, "This is how to build an exquisite material.
40
91000
3000
kuri sako: "Taip reikia statyti rafinuotą medžiagą.
01:49
Here's how to do it at room temperature and pressure,
41
94000
2000
Taip reikia statyti ją esant kambario temperatūrai ir atmosferos slėgiui
01:51
using non-toxic materials."
42
96000
2000
nenaudojant toksinių medžiagų."
01:53
Same with diatoms, which are shown right here, which are glasseous structures.
43
98000
3000
Taip pat yra ir su titnagdumbliais, kurie parodyti štai čia ir yra stiklinės struktūros.
01:56
Every time the diatoms replicate,
44
101000
2000
Kiekvienąkart titnagdumbliams replikuojantis,
01:58
they give the genetic information that says,
45
103000
2000
jie perduoda genetinę informaciją, kuri sako:
02:00
"Here's how to build glass in the ocean
46
105000
2000
"Taip reikia vandenyne statyti stiklą,
02:02
that's perfectly nano-structured.
47
107000
2000
kuris puikiausiai nano-struktūrizuotas.
02:04
And you can do it the same, over and over again."
48
109000
2000
Ir Jūs galite tai kartoti ir kartoti."
02:06
So what if you could do the same thing
49
111000
2000
Taigi kas jei galėtume taip daryti
02:08
with a solar cell or a battery?
50
113000
2000
su saulės elementais ir baterijomis?
02:10
I like to say my favorite biomaterial is my four year-old.
51
115000
3000
Man patinka sakyti, kad mano mylimiausia biomedžiaga yra mano keturmetis.
02:13
But anyone who's ever had, or knows, small children
52
118000
3000
Tačiau bet kas turėjęs ar pažinojęs mažus vaikus
02:16
knows they're incredibly complex organisms.
53
121000
3000
žino, kad jie neįtikėtinai sudėtingi organizmai.
02:19
And so if you wanted to convince them
54
124000
2000
Ir jei norėtum juos įtikinti
02:21
to do something they don't want to do, it's very difficult.
55
126000
2000
daryti tai, ko jie nenori, būtų labai sunku.
02:23
So when we think about future technologies,
56
128000
3000
Taigi, kai mes mąstome apie ateities technologijas,
02:26
we actually think of using bacteria and virus,
57
131000
2000
mes iš tiesų galvojame apie bakterijų ir virusų, paprastų organizmų
02:28
simple organisms.
58
133000
2000
panaudojimą.
02:30
Can you convince them to work with a new toolbox,
59
135000
2000
Ar jūs galite juos įtikinti dirbti su nauja įrankių dėže,
02:32
so that they can build a structure
60
137000
2000
kad jie galėtų statyti
02:34
that will be important to me?
61
139000
2000
man svarbias struktūras?
02:36
Also, when we think about future technologies,
62
141000
2000
Taip pat, mes galvojame apie ateities technologijas.
02:38
we start with the beginning of Earth.
63
143000
2000
Mes pradedame nuo Žemės atsiradimo.
02:40
Basically, it took a billion years
64
145000
2000
Iš esmės, kad Žemėje atsirastų gyvybė,
02:42
to have life on Earth.
65
147000
2000
prireikė milijardo metų.
02:44
And very rapidly, they became multi-cellular,
66
149000
2000
Ir labai greitai gyvybė tapo daugialąstelinė,
02:46
they could replicate, they could use photosynthesis
67
151000
3000
galėjo replikuotis, fotosintetinti
02:49
as a way of getting their energy source.
68
154000
2000
tam, kad gautų energijos.
02:51
But it wasn't until about 500 million years ago --
69
156000
2000
Tačiau tik prieš 500 milijonų metų --
02:53
during the Cambrian geologic time period --
70
158000
2000
per Kambro geologinį periodą --
02:55
that organisms in the ocean started making hard materials.
71
160000
3000
vandenyno organizmai pradėjo kurti kietas medžiagas.
02:58
Before that, they were all soft, fluffy structures.
72
163000
3000
Prieš tai jie visi buvo minkštos, purios struktūros.
03:01
And it was during this time
73
166000
2000
Kambro periodo metu aplinkoje
03:03
that there was increased calcium and iron
74
168000
2000
padaugėjo ir kalcio, ir geležies,
03:05
and silicon in the environment,
75
170000
2000
ir silicio.
03:07
and organisms learned how to make hard materials.
76
172000
3000
Organizmai išmoko gaminti kietas medžiagas.
03:10
And so that's what I would like be able to do --
77
175000
2000
Būtent tai aš ir norėčiau mokėti --
03:12
convince biology
78
177000
2000
įtikinti biologiją
03:14
to work with the rest of the periodic table.
79
179000
2000
dirbti su likusia periodinės lentelės dalimi.
03:16
Now if you look at biology,
80
181000
2000
Jei pažvelgtumėte į biologiją,
03:18
there's many structures like DNA and antibodies
81
183000
2000
yra daug struktūtų kaip DNR ar antikūniai
03:20
and proteins and ribosomes that you've heard about
82
185000
2000
ir baltymai, ir ribosomos, apie kuriuos esate girdėję,
03:22
that are already nano-structured.
83
187000
2000
kurie jau yra nano-struktūrizuoti.
03:24
So nature already gives us
84
189000
2000
Taigi gamta jau mums pateikia
03:26
really exquisite structures on the nanoscale.
85
191000
2000
tikrai rafinuotas nanoskalės struktūras.
03:28
What if we could harness them
86
193000
2000
Kas jei galėtume jas įkinkyti
03:30
and convince them to not be an antibody
87
195000
2000
ir įtikinti nebebūti antikūniu,
03:32
that does something like HIV?
88
197000
2000
kuris daro kažką panašaus į ŽIV?
03:34
But what if we could convince them
89
199000
2000
Bet kas jei galėtume juos įtikinti
03:36
to build a solar cell for us?
90
201000
2000
gaminti mums saulės elementus?
03:38
So here are some examples: these are some natural shells.
91
203000
2000
Taigi štai Jums keletas pavyzdžių: čia yra keletas natūralių kriauklių.
03:40
There are natural biological materials.
92
205000
2000
Tai natūralios biologinės medžiagos.
03:42
The abalone shell here -- and if you fracture it,
93
207000
2000
Jūrinės ausinukės kriauklė -- ir jei Jūs ją įskelsite,
03:44
you can look at the fact that it's nano-structured.
94
209000
2000
galite pamatyti, kad ji nano-struktūrizuota.
03:46
There's diatoms made out of SIO2,
95
211000
3000
Titnagdumbliai sudaryti iš silicio dioksido,
03:49
and they're magnetotactic bacteria
96
214000
2000
jie - magnetotaktinės bakterijos,
03:51
that make small, single-domain magnets used for navigation.
97
216000
3000
kurios gamina mažus, vieno domeno magnetus, kuriuos naudoja navigacijai.
03:54
What all these have in common
98
219000
2000
Ką jie visi turi bendro yra
03:56
is these materials are structured at the nanoscale,
99
221000
2000
tai, kad šios medžiagos yra nanoskalės struktūros
03:58
and they have a DNA sequence
100
223000
2000
ir turi DNR seką,
04:00
that codes for a protein sequence
101
225000
2000
koduojančią baltymų seką,
04:02
that gives them the blueprint
102
227000
2000
kuri suteikia jiems planą,
04:04
to be able to build these really wonderful structures.
103
229000
2000
įgalinantį statyti šias tikrai nuostabias struktūras.
04:06
Now, going back to the abalone shell,
104
231000
2000
Grįžtant prie jūrinės ausinukės kriauklės,
04:08
the abalone makes this shell by having these proteins.
105
233000
3000
jūrinė ausinukė gamina šią kriauklę tam tikrų turimų baltymų dėka.
04:11
These proteins are very negatively charged.
106
236000
2000
Tie baltymai labai neigiamai įkrauti.
04:13
And they can pull calcium out of the environment,
107
238000
2000
Ir jie gali iš aplinkos savintis kalcį,
04:15
put down a layer of calcium and then carbonate, calcium and carbonate.
108
240000
3000
dėti kalcio sluoksnį, tada karbonato, kalcio ir karbonato.
04:18
It has the chemical sequences of amino acids,
109
243000
3000
Šie baltymai turi aminorūgščių seką,
04:21
which says, "This is how to build the structure.
110
246000
2000
sakančią: "Taip reikia statyti struktūrą.
04:23
Here's the DNA sequence, here's the protein sequence
111
248000
2000
Štai DNR seka, štai baltymų seka
04:25
in order to do it."
112
250000
2000
reikalingos tai padaryti."
04:27
And so an interesting idea is, what if you could take any material that you wanted,
113
252000
3000
Ir įdomu tai, kad jei galėtume paimti kiekvieną medžiagą, kokios tik norėtume,
04:30
or any element on the periodic table,
114
255000
2000
arba bet kokį periodinės lentelės elementą,
04:32
and find its corresponding DNA sequence,
115
257000
3000
rasti atitinkamą DNR seką,
04:35
then code it for a corresponding protein sequence
116
260000
2000
užkoduoti ją reikiamai baltymų sekai tam,
04:37
to build a structure, but not build an abalone shell --
117
262000
3000
kad pastatytume struktūrą, tačiau ne jūrinės ausinukės kriauklę --
04:40
build something that, through nature,
118
265000
2000
pastatyti kąnors, gamtos dėka,
04:42
it has never had the opportunity to work with yet.
119
267000
3000
su kuo dar niekada neteko dirbti.
04:45
And so here's the periodic table.
120
270000
2000
Taigi štai periodinė lentelė.
04:47
And I absolutely love the periodic table.
121
272000
2000
Aš labai myliu periodinę lentelę.
04:49
Every year for the incoming freshman class at MIT,
122
274000
3000
Kasmet kiekvienai naujokų klasei MIT
04:52
I have a periodic table made that says,
123
277000
2000
aš esu paruošusi periodinę lentelę, kuri sako:
04:54
"Welcome to MIT. Now you're in your element."
124
279000
3000
"Sveiki atvykę į MIT. Dabar Jūs savo elemente."
04:57
And you flip it over, and it's the amino acids
125
282000
3000
Ir jūs galite ją apversti ir rasti aminorūgščių seką
05:00
with the PH at which they have different charges.
126
285000
2000
su pH vertėmis, kurioms esant jos turi skirtingus krūvius.
05:02
And so I give this out to thousands of people.
127
287000
3000
Ir tokias lenteles aš duodu tūkstančiams žmonių.
05:05
And I know it says MIT, and this is Caltech,
128
290000
2000
Ir žinau, jog ant jų parašyta MIT, o čia Caltech,
05:07
but I have a couple extra if people want it.
129
292000
2000
tačiau turiu keletą papildomų lentelių, jei žmonės užsinorėtų.
05:09
And I was really fortunate
130
294000
2000
Ir man tikrai pasisekė,
05:11
to have President Obama visit my lab this year
131
296000
2000
kad prezidentas Obama aplankė mano laboratoriją
05:13
on his visit to MIT,
132
298000
2000
lankydamasis MIT,
05:15
and I really wanted to give him a periodic table.
133
300000
2000
ir aš tikrai norėjau jam duoti periodinę lentelę.
05:17
So I stayed up at night, and I talked to my husband,
134
302000
2000
Taigi aš nemiegojau visą naktį ir kalbėjausi su savo vyru:
05:19
"How do I give President Obama a periodic table?
135
304000
3000
"Kaip man prezidentui Obama duoti periodinę lentelę?
05:22
What if he says, 'Oh, I already have one,'
136
307000
2000
Kas jei jis pasakys: 'O, aš jau turiu tokią,'
05:24
or, 'I've already memorized it'?" (Laughter)
137
309000
2000
arba: 'Aš jau ją moku mintinai'?"
05:26
And so he came to visit my lab
138
311000
2000
Taigi jis atvyko į mano laboratoriją,
05:28
and looked around -- it was a great visit.
139
313000
2000
apsižvalgė -- tai buvo puikus vizitas.
05:30
And then afterward, I said,
140
315000
2000
Ir po to, aš pasakiau:
05:32
"Sir, I want to give you the periodic table
141
317000
2000
"Pone, norėjau Jums duoti periodine lentelę
05:34
in case you're ever in a bind and need to calculate molecular weight."
142
319000
4000
jei netyčia kada užstrigtumėte ir Jums reiktų suskaičiuoti molekulinę masę."
05:38
And I thought molecular weight sounded much less nerdy
143
323000
2000
Aš pamaniau kad molekulinė masė skamba ne taip moksliukiškai
05:40
than molar mass.
144
325000
2000
kaip molinė masė.
05:42
And so he looked at it,
145
327000
2000
Jis pažvelgė į ją
05:44
and he said,
146
329000
2000
ir tarė:
05:46
"Thank you. I'll look at it periodically."
147
331000
2000
"Ačiū. Aš periodiškai į ją žiūrėsiu."
05:48
(Laughter)
148
333000
2000
(Juokas)
05:50
(Applause)
149
335000
4000
(Plojimai)
05:54
And later in a lecture that he gave on clean energy,
150
339000
3000
Vėliau, sakydamas paskaitą apie švarią energiją,
05:57
he pulled it out and said,
151
342000
2000
jis išsitraukė ją ir pasakė:
05:59
"And people at MIT, they give out periodic tables."
152
344000
2000
"Ir MIT žmonės, jie dalina periodines lenteles."
06:01
So basically what I didn't tell you
153
346000
3000
Taigi iš esmės ko aš Jums nesakiau
06:04
is that about 500 million years ago, organisms starter making materials,
154
349000
3000
yra tai, kas maždaug pries 500 milijonus metų organizmai pradėjo kurti medžiagas,
06:07
but it took them about 50 million years to get good at it.
155
352000
2000
tačiau jiems prireikė apie 50 milijonų metų, kad jie taptų geri toje srityje.
06:09
It took them about 50 million years
156
354000
2000
Jiems prireikė 50 milijonų metų,
06:11
to learn how to perfect how to make that abalone shell.
157
356000
2000
kad jie išmoktų idealiai gaminti jūrinės ausinukės kriauklę.
06:13
And that's a hard sell to a graduate student. (Laughter)
158
358000
2000
Ir tai sunku įtikinti magistrantui.
06:15
"I have this great project -- 50 million years."
159
360000
3000
"Aš turiu nuostabų projektą -- 50 milijonų metų."
06:18
And so we had to develop a way
160
363000
2000
Taigi mes atradome kelią
06:20
of trying to do this more rapidly.
161
365000
2000
viską atlikti greičiau.
06:22
And so we use a virus that's a non-toxic virus
162
367000
2000
Mes naudojame virusą, netoksišką virusą,
06:24
called M13 bacteriophage
163
369000
2000
vadinamą M13 bakteriofagu,
06:26
that's job is to infect bacteria.
164
371000
2000
kurio darbas yra užkrėsti bakterijas.
06:28
Well it has a simple DNA structure
165
373000
2000
Jo paprasta DNR struktūra,
06:30
that you can go in and cut and paste
166
375000
2000
kurios tam tikras dalis galima iškirpti arba
06:32
additional DNA sequences into it.
167
377000
2000
tam tikras dalis įterpti
06:34
And by doing that, it allows the virus
168
379000
2000
Taip darant, virusas
06:36
to express random protein sequences.
169
381000
3000
sintetina atsitiktines baltymų sekas.
06:39
And this is pretty easy biotechnology.
170
384000
2000
Tai pakankamai paprasta biotechnologija.
06:41
And you could basically do this a billion times.
171
386000
2000
Ir iš esmės tai galima atlikti milijardus kartų.
06:43
And so you can go in and have a billion different viruses
172
388000
2000
Taigi galima turėti milijardą skirtingų virusų,
06:45
that are all genetically identical,
173
390000
2000
kurie genetiškai identiški,
06:47
but they differ from each other based on their tips,
174
392000
2000
tačiau skiriasi vienas nuo kito remiantis
06:49
on one sequence
175
394000
2000
viena seka,
06:51
that codes for one protein.
176
396000
2000
kuri koduoja vieną baltymą.
06:53
Now if you take all billion viruses,
177
398000
2000
Paėmus milijardą virusų
06:55
and you can put them in one drop of liquid,
178
400000
2000
ir idėjus juos į lašą skysčio,
06:57
you can force them to interact with anything you want on the periodic table.
179
402000
3000
galima priversti juos sąveikauti su bet kokiu periodinės lentelės elementu.
07:00
And through a process of selection evolution,
180
405000
2000
Ir natūraliosios atrankos proceso metu
07:02
you can pull one out of a billion that does something that you'd like it to do,
181
407000
3000
gali ištraukti vieną iš milijardo, kuris darys kažką, ko tu norėsi,
07:05
like grow a battery or grow a solar cell.
182
410000
2000
pavyzdžiui, augins bateriją ar saulės elementą.
07:07
So basically, viruses can't replicate themselves; they need a host.
183
412000
3000
Iš esmės, virusai negali replikuotis, jiems reikia šeimininko.
07:10
Once you find that one out of a billion,
184
415000
2000
Kai tik randi tą vieną iš milijono,
07:12
you infect it into a bacteria,
185
417000
2000
apkreti juo bakteriją
07:14
and you make millions and billions of copies
186
419000
2000
ir taip gamini milijonus ir milijardus atitinkamos
07:16
of that particular sequence.
187
421000
2000
sekos kopijų.
07:18
And so the other thing that's beautiful about biology
188
423000
2000
Kitas gražus su biologija susijęs dalykas
07:20
is that biology gives you really exquisite structures
189
425000
2000
yra tai, kad biologija kuria labai rafinuotas struktūras
07:22
with nice link scales.
190
427000
2000
su įmantriomis jungčių skalėmis.
07:24
And these viruses are long and skinny,
191
429000
2000
Šie virusai ilgi ir ploni,
07:26
and we can get them to express the ability
192
431000
2000
mes galime juos priversti išreikšti galimybę
07:28
to grow something like semiconductors
193
433000
2000
gaminti kažką tokio kaip puslaidininkiai
07:30
or materials for batteries.
194
435000
2000
arba medžiagos baterijoms.
07:32
Now this is a high-powered battery that we grew in my lab.
195
437000
3000
Čia didelio galingumo baterija, kurią išauginome mano laboratorijoje.
07:35
We engineered a virus to pick up carbon nanotubes.
196
440000
3000
Mes privertėme virusą rinkti nanovamzdelius.
07:38
So one part of the virus grabs a carbon nanotube.
197
443000
2000
Taigi viena viruso dalis griebia anglies nanovamzdelį.
07:40
The other part of the virus has a sequence
198
445000
2000
Kita viruso dalis turi seką,
07:42
that can grow an electrode material for a battery.
199
447000
3000
kuri gali baterijai užauginti elektrodo medžiagą.
07:45
And then it wires itself to the current collector.
200
450000
3000
Ir tuomet ji prisijungia laidais prie srovės surinkėjo.
07:48
And so through a process of selection evolution,
201
453000
2000
Natūraliosios atrankos proceso metu
07:50
we went from being able to have a virus that made a crummy battery
202
455000
3000
mes pirmiausia sukūrėme virusą, gebantį kurti prastą bateriją,
07:53
to a virus that made a good battery
203
458000
2000
po to užprogramavome virusą kurti visai gerą bateriją
07:55
to a virus that made a record-breaking, high-powered battery
204
460000
3000
ir galiausiai sikūrėme virusą, gebantį gaminti rekordus viršijančią, didelio galingumo bateriją,
07:58
that's all made at room temperature, basically at the bench top.
205
463000
3000
kuri visa gaminama esant kambario temperatūrai, iš esmės darbastalio viršuje.
08:01
And that battery went to the White House for a press conference.
206
466000
3000
Ir baterija pateko į Baltuosius Rūmus, į spaudos konferenciją.
08:04
I brought it here.
207
469000
2000
Aš atsinešiau ją čia.
08:06
You can see it in this case -- that's lighting this LED.
208
471000
3000
Galite ją pamatyti šiame lagaminėlyje -- jos dėka šviečia ši LED lempa.
08:09
Now if we could scale this,
209
474000
2000
Jei mums pavyktų padidinti visa tai,
08:11
you could actually use it
210
476000
2000
tokias baterijas galima būtų naudoti
08:13
to run your Prius,
211
478000
2000
kaip energijos šaltinį Jūsų Toyota Prius automobiliui,
08:15
which is my dream -- to be able to drive a virus-powered car.
212
480000
3000
kas yra mano svajonė -- vairuoti viruso varomą automobilį.
08:19
But it's basically --
213
484000
2000
Tačiau iš esmės --
08:21
you can pull one out of a billion.
214
486000
3000
galite ištraukti vieną iš milijardo.
08:24
You can make lots of amplifications to it.
215
489000
2000
Galite jam atlikti daugybę amplifikacijų.
08:26
Basically, you make an amplification in the lab,
216
491000
2000
Iš esmės, amplifikaciją atlieki laboratorijoje.
08:28
and then you get it to self-assemble
217
493000
2000
Ir tada jis pats susrenka
08:30
into a structure like a battery.
218
495000
2000
į struktūrą kaip baterija.
08:32
We're able to do this also with catalysis.
219
497000
2000
Mes galime taip elgtis ir su katalize.
08:34
This is the example
220
499000
2000
Pavyzdžiui,
08:36
of photocatalytic splitting of water.
221
501000
2000
su fotokatalitiniu vandens skaidymu.
08:38
And what we've been able to do
222
503000
2000
Ką mes galėjome padaryti
08:40
is engineer a virus to basically take dye-absorbing molecules
223
505000
3000
tai sukurti virusą, kuris iš esmės renka dažus/spalvas absorbuojančias molekules
08:43
and line them up on the surface of the virus
224
508000
2000
ir išrikiuoja jas viruso paviršiuje
08:45
so it acts as an antenna,
225
510000
2000
kaip anteną.
08:47
and you get an energy transfer across the virus.
226
512000
2000
Energija perduodama per virusą.
08:49
And then we give it a second gene
227
514000
2000
Tada mes duodame antrą geną,
08:51
to grow an inorganic material
228
516000
2000
kad užaugintų neorganinį metalą,
08:53
that can be used to split water
229
518000
2000
kuris galėtų būti panaudotas vandens skaidymui
08:55
into oxygen and hydrogen
230
520000
2000
į deguonį ir vandenilį,
08:57
that can be used for clean fuels.
231
522000
2000
kuris gali būti panaudojamas švariam kurui.
08:59
And I brought an example with me of that today.
232
524000
2000
Aš atsinešiau su savimi pavyzdį.
09:01
My students promised me it would work.
233
526000
2000
Mano studentai pažadėjo man, kad tai veiks.
09:03
These are virus-assembled nanowires.
234
528000
2000
Čia iš virusų padaryti nanolaidai.
09:05
When you shine light on them, you can see them bubbling.
235
530000
3000
Kai į juos švieti, gali matyti kaip jie burbuliuoja.
09:08
In this case, you're seeing oxygen bubbles come out.
236
533000
3000
Šiuo atveju, matote deguonies burbuliukus.
09:12
And basically, by controlling the genes,
237
537000
3000
Iš esmės, kontroliuodami genus,
09:15
you can control multiple materials to improve your device performance.
238
540000
3000
galime kontroliuoti sudėtines medžiagas, kad pagerintume prietaiso veikimą.
09:18
The last example are solar cells.
239
543000
2000
Paskutinis pavyzdys yra saulės elementai.
09:20
You can also do this with solar cells.
240
545000
2000
Visa tai galima padaryti ir su saulės elementais.
09:22
We've been able to engineer viruses
241
547000
2000
Mes galėjome sukurti virusus,
09:24
to pick up carbon nanotubes
242
549000
2000
kurie renka anglies nanovamzdelius
09:26
and then grow titanium dioxide around them --
243
551000
4000
ir išaugina titano dioksidą aplink juos --
09:30
and use as a way of getting electrons through the device.
244
555000
4000
būdas elektronams judėti per prietaisą.
09:34
And what we've found is through genetic engineering,
245
559000
2000
Ir ką mes sužinojome, kad genų inžinerijos dėka
09:36
we can actually increase
246
561000
2000
mes galime padidinti
09:38
the efficiencies of these solar cells
247
563000
3000
saulės elementų efektyvumą
09:41
to record numbers
248
566000
2000
iki rekordinių skaičių
09:43
for these types of dye-sensitized systems.
249
568000
3000
naudodami šias dažams jautrias sistemas.
09:46
And I brought one of those as well
250
571000
2000
Atsinešiau ir vieną tokį pavyzdį,
09:48
that you can play around with outside afterward.
251
573000
3000
su kuriuo galėsite vėliau lauke pažaisti.
09:51
So this is a virus-based solar cell.
252
576000
2000
Čia virusiniu pagrindu sukurtas saulės elementas.
09:53
Through evolution and selection,
253
578000
2000
Evoliucijos ir natūraliosios atrankos dėka
09:55
we took it from an eight percent efficiency solar cell
254
580000
3000
mes padidinome saulės elemento efektyvumą nuo 8%
09:58
to an 11 percent efficiency solar cell.
255
583000
3000
11%.
10:01
So I hope that I've convinced you
256
586000
2000
Taigi tikiuosi, jog įtikinau Jus,
10:03
that there's a lot of great, interesting things to be learned
257
588000
3000
kad yra daug nuostabių, įdomių dalykų, kuriuos galime sužinoti
10:06
about how nature makes materials --
258
591000
2000
apie tai, kaip gamta gamina medžiagas --
10:08
and taking it the next step
259
593000
2000
kitas žingsnis -
10:10
to see if you can force,
260
595000
2000
pažiūrėti ar galime tai pažaboti
10:12
or whether you can take advantage of how nature makes materials,
261
597000
2000
arba pasinaudoti tuo, kaip gamta gamina medžiagas,
10:14
to make things that nature hasn't yet dreamed of making.
262
599000
3000
gamindami medžiagas, kurių gamta nė nesvajojo kurti.
10:17
Thank you.
263
602000
2000
Ačiū.
ABOUT THE SPEAKER
Angela Belcher - Biological engineerAngela Belcher looks to nature for inspiration on how to engineer viruses to create extraordinary new materials.
Why you should listen
With a bachelors in Creative Studies and a Ph.D. in Inorganic Chemistry, Angela Belcher has made a career out of finding surprising and innovative solutions to energy problems.
As head of the Biomolecular Materials Group at MIT, Belcher brings together the fields of materials chemistry, electrical engineering and molecular biology to engineer viruses that can create batteries and clean energy sources. A MacArthur Fellow, she also founded Cambrios Technologies, a Cambridge-based startup focused on applying her work with natural biological systems to the manufacture and assembly of electronic, magnetic and other commercially important materials. TIME magazine named her a climate-change hero in 2007.
Watch an animation of Angela Belcher's life story >>
Angela Belcher | Speaker | TED.com